薄壁件虚拟制造的切削力仿真及切削参数优化研究

【摘要】随着装备制造业深入发展，虚拟制造逐渐在实际的生产中得到广泛的应用并展现了其独特优势。虚拟仿真和优化是现阶段虚拟制造应用中常见形式，通过对实际问题进行仿真分析而后对影响因素进行优化能极大的提高研发设计效率，更好的对实际生产进行指导。针对发动机等行业轻量化需求，高强度铝合金应用越来越广泛，特别是一些薄壁件的应用有效的满足了其特殊需求。本文从面向虚拟制造的角度，针对某柴油机涡轮增压器压气机，高强度铝合金薄壁叶片在实际加工中容易变形、表面质量不高的问题，寻求更为合理的工艺规划和工艺参数，依据薄壁件铣削加工理论，对其变形机理进行剖析并探寻控制变形的措施，然后对切削力模型进行分析和评价。针对特定的叶片高强度铝合金材料，利用有限元手段来仿真分析其切削力变化规律，采用神经网络构建切削力的非线性映射关系，借助遗传算法对铣削参数进行优化研究，从而完成薄壁叶片虚拟制造中高强度铝合金材料的切削力仿真模拟研究和切削参数优化设计。通过对薄壁叶片影响加工变形的因素进行剖析后，发现主要的影响因素是切削过程中产生的切削力，对多种切削力模型进行分析评价后，采用有限元仿真模拟的方法，以高强度铝合金2A12为研究材料建立切削力仿真的正交切削模型，分析其应力、切削力变化规律，为参数优化提供依据和目标。依据多目标优化理论，建立2A12铝合金薄壁件的铣削多目标优化模型，针对薄壁件变形关键因素—切削力，本文首先通过神经网络对铣削力进行预测，建立其和加工参数之间的映射关系，将其作为一个重要的优化指标加入多目标优化中，然后结合遗传算法，利用MATLAB编程实现多目标优化。经过对比，这种针对高强度铝合金薄壁件的多目标优化方法，在一定范围内能够达到减少切削力提高效率的目的。
【作者】谢科磊；
【导师】王彪；
【作者基本信息】中北大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】虚拟制造；叶轮；薄壁件；有限元模拟；BP神经网络；多目标优化；

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